谷歌DeepMind乒乓球机器人经1.4万次训练,对阵业余选手胜率45%,对初学者全胜、中级55%,对高级全败。网友调侃其四年后可代表美国奥运。
先给个核心判断:一个学了1.4万个对拉球的机器人,能在乒乓球桌上和人类业余选手打得有来有回——这事儿本身,就够让人兴奋的。
乒乓球的影响力早已不必多言,每一代国人都有着自己的国乒记忆。这个夏天,在2024巴黎奥运会,人们又见证了更多国乒名场面。最新赛绩是,中国乒乓男团和女团均晋级巴黎奥运会决赛,战况正酣。而就在8月9日,DeepMind的研究人员公布了一款新成果:首款能够与人类业余水平对抗的AI乒乓球机器人。系统将ABB IRB 1100工业机械手臂与DeepMind的定制AI软件结合起来。虽然和专业运动员相比,它仍然差着几个量级,但它在面对复杂物理任务时展现出的瞬间决策与适应能力,确实让人眼前一亮。
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其实,用乒乓球来测试机器人手臂,已经持续了十多年。为什么是乒乓球?因为这项运动对速度、反应和策略的要求堪称严苛——这正是机器人的软肋。DeepMind团队在arXiv上发表的预印本论文中写道:“这是第一款能够与人类水平相比肩的运动机器人智能体,代表着机器人学习与控制领域的又一个里程碑。”
预印本论文链接:https://arxiv.org/abs/2408.03906
据了解,这款尚未正式定名的乒乓球机器人智能体(不妨称之为“AlphaPong”),由David B. D’Ambrosio、Saminda Abeyruwan和Laura Graesser在内的研究团队开发而成。在与不同技能水平的人类选手的一系列对抗中,它的表现相当扎实。在一项涉及29名参与者的研究中,这款AI机器人成功拿下了45%的胜率,展现出业务级别的球技。
更值得注意的是,它对初学者保持了100%的胜率,对中级选手也有55%。但一旦面对高级选手,它每次都会输。换句话说,它还没有准备好和高手硬碰硬。谷歌DeepMind的视频展示了AI智能体与人类乒乓球运动员的对决画面,现场气氛相当有趣。
有网友调侃道:“四年后,她应该代表美国参加奥运会。”也有人不服气:“作为一名有着30多年乒乓球经验的终身运动员,我怀疑目前这款机器人能不能从我这里拿下一分。”
乒乓球是一项对体力要求很高的运动,人类运动员需要多年的刻苦训练才能达到高水平。那么,这个机器人又是怎么练出来的?
AlphaPong的物理配置包括一台6自由度机械臂ABB IRB 1100,安装在两条线性轨道上,这意味着它可以在2D平面上自由移动。高速摄像机负责追踪球的位置,而动作捕捉系统则观察人类对手的球拍动作。说白了,硬件上是标准的工业级配置,真正的灵魂在于软件。
为了建立起驱动机械臂的“大脑”,DeepMind开发了两级方法:底层是技能控制器,负责执行特定的乒乓球技术,比如正手击球、反手回球、接发抢攻;上层是战略决策器,这是一套更复杂的AI系统,能分析比赛状态、适应对手风格,并针对每个来球选择激活对应的技能。换句话说,它有足够的适应性,能跟任何业余选手打,而不用针对每一个人重新训练。
研究人员透露,AlphaPong的关键创新点之一,在于训练方法。他们采用了一种混合策略:在模拟物理环境中使用强化学习,同时将现实世界的实例作为训练数据来源。这种技术让机器人从大约1.75万种真实存在的乒乓球飞行轨迹中学习——对于一项复杂任务来说,这个数据集其实相当袖珍了。谷歌DeepMind用视频展示了它如何与高端人类球员对战,场面相当精彩。
更巧妙的是,他们还使用了一个迭代过程来完善机器人的技能。从小批量人机对战数据起步,然后让AI与真实对手较量。每场比赛都会生成关于球飞行轨迹与人类策略的新数据,团队把这些数据反馈到模拟中,进一步训练。整个过程重复了七个周期,使得机器人能不断适应更熟练的对手和更多样的打法。到最后一轮,AI已经从上万个对拉球和数千次发球中学习,积累起大量乒乓球知识,成功弥合了模拟与真实场景之间的差距。
有趣的是,英伟达也一直在试验类似的模拟物理系统。比如Eureka,这套系统允许AI模型在模拟空间里快速学习控制机械臂,而不是在现实中慢慢摸索。在模拟中加速物理效应,甚至能同时进行数千次试验,这种方法有望大大减少未来机器人训练中复杂交互所需的时间和资源。
除了对战技术上的成就,这项研究还探索了人类与AI选手之间的对抗体验。结果有点出人意料:哪怕输了,人类选手也表示很享受这种比赛过程。研究人员指出:“在所有技能组和胜率情况下,人类选手都表示与机器人对战既‘有趣又引人入胜’。”这么积极的反响,暗示着AI在体育训练和娱乐方面,有着相当广阔的应用空间。
当然,这套系统也有自己的软肋。它在处理速度极快的球和高球方面表现不佳,难以察觉剧烈的球体旋转,反手比赛也相对较弱。谷歌DeepMind分享了一段演示视频,里面显示AI智能体因为很难对快速回球做出反应,被高水平球员轻松拿下一分。不过,研究团队正在积极解决这些问题。他们提出了一些方案:“为了解决阻碍机器人对快球反应时间的延迟限制,我们建议研究先进的控制算法和硬件优化,可能包括探索预测模型来预测球的轨迹,或者在机器人的传感器和执行器之间实现更快的通信协议。”
谷歌DeepMind的AI智能体分析人类球员的视频。
DeepMind研究团队强调,随着成果的进一步完善,他们相信这套系统未来有望与高水平乒乓球运动员一较高下。毕竟,在开发能击败人类选手的AI模型方面,DeepMind经验丰富——不管是围棋界的大魔王AlphaZero,还是AlphaGo。国际象棋与智能问答的桂冠已经落入AI手中,也许乒乓球就是下一个目标。
最后,研究人员表示,这位机器人乒乓球“神童”的影响绝不仅限于乒乓球桌。为这个项目开发的技术,完全可以应用于各种需要快速反应并适应人类不可预测行为的机器人任务,包括制造业和医疗保健。从这个角度来看,一个小小的乒乓球,或许正在推开一扇更大的门。
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